Диэлектрлік сезімталдық пен өткізгіштік сияқты құбылыстар физикада ғана емес, күнделікті өмірде де кездеседі. Осыған байланысты бұл құбылыстардың ғылымдағы мәнін, олардың әсері мен күнделікті өмірде қолданылуын анықтау қажет.
Кернеуді анықтау
Интенсивтілік – физикадағы векторлық шама, ол зерттелетін өріс нүктесінде орналасқан бір оң зарядқа әсер ететін күштен есептеледі. Диэлектрик сыртқы электростатикалық өріске қойылғаннан кейін ол дипольдік моментке ие болады, басқаша айтқанда, поляризацияланады. Диэлектриктегі поляризацияны сандық сипаттау үшін поляризация қолданылады - диэлектриктің көлемдік мәнінің дипольдік моменті ретінде есептелетін векторлық физикалық көрсеткіш.
Интенсивтілік векторы екі диэлектрик арасындағы беткейден өткеннен кейін электростатикалық өрістерді есептеу кезінде кедергі тудыратын күрт өзгерістерге ұшырайды. Осыған байланысты қосымша сипаттама енгізіледі - векторэлектрлік орын ауыстыру.
Өткізгіштікті пайдаланып, диэлектриктің сыртқы өрісті қанша рет әлсірететінін білуге болады. Диэлектриктердегі электростатикалық өрістерді барынша ұтымды түсіндіру үшін электрлік орын ауыстыру векторы қолданылады.
Негізгі анықтамалар
Ортаның абсолютті өткізгіштігі - бұл Кулон заңының математикалық белгілеуіне және электр өрісінің кернеулігі мен электр индукциясы арасындағы байланыс теңдеуіне кіретін коэффициент. Абсолютті өткізгіштікті ортаның салыстырмалы өткізгіштігі мен электр тұрақтысының көбейтіндісі ретінде көрсетуге болады.
Диэлектрлік сезімталдық, заттың поляризациялануы деп аталады, электр өрісінің әсерінен поляризацияланатын физикалық шама. Ол сондай-ақ шағын өрістегі диэлектриктің поляризациясымен сыртқы электр өрісінің сызықтық байланыс коэффициенті болып табылады. Диэлектриктік сезімталдық формуласы былай жазылады: X=na.
Көп жағдайда диэлектриктер оң диэлектрлік сезімталдыққа ие, ал бұл мән өлшемсіз.
Ферроэлектрлік - белгілі бір температура мәндерінде ферроэлектриктер деп аталатын белгілі бір кристалдарда болатын физикалық құбылыс. Ол сыртқы электр өрісі болмаса да кристалда өздігінен поляризацияның пайда болуынан тұрады. Ферроэлектриктер мен пироэлектриктердің айырмашылығыбелгілі бір температура диапазонында олардың кристалдық модификациясы өзгереді және кездейсоқ поляризация жоғалады.
Даладағы электриктер өздерін өткізгіштер сияқты ұстамайды, бірақ олардың ортақ сипаттамалары бар. Диэлектриктің өткізгіштен айырмашылығы бос зарядты тасымалдаушылар жоқ. Олар бар, бірақ ең аз мөлшерде. Өткізгіште металдың кристалдық торында еркін қозғалатын электрон ұқсас заряд тасымалдаушыға айналады. Дегенмен, диэлектриктегі электрондар өздерінің атомдарымен байланысқан және оңай қозғала алмайды. Электр тогы бар өріске диэлектриктерді енгізгеннен кейін онда өткізгіш сияқты электрлену пайда болады. Диэлектриктен айырмашылығы электрондар өткізгіштегідей бүкіл көлем бойынша еркін қозғалмайды. Бірақ сыртқы электр өрісінің әсерінен зат молекуласының ішінен зарядтардың шамалы ығысуы пайда болады: оңы өріс бағытына қарай ығысады, ал терісі керісінше болады.
Осыған байланысты бет белгілі бір заряд алады. Электр өрістерінің әсерінен заттың бетінде зарядтың пайда болу тәртібі диэлектрлік поляризация деп аталады. Егер молекулалардың белгілі бір концентрациясы бар біртекті және полярлы емес диэлектрикте барлық бөлшектер бірдей болса, онда поляризация да бірдей болады. Ал диэлектриктің диэлектрлік сезімталдығы жағдайында бұл мән өлшемсіз болады.
Байланысты төлемдер
Поляризация процесіне байланысты диэлектрлік заттың көлемінде поляризация немесе байланыс деп аталатын компенсацияланбаған зарядтар пайда болады. бөлшектер,осы зарядтарға ие бола отырып, молекулалардың зарядтарында болады және сыртқы электр өрісінің әсерінен олар орналасқан молекуладан шықпай тепе-теңдік күйден ығысады.
Байланысты зарядтар беттік тығыздықпен сипатталады. Ортаның диэлектрлік сезімталдығы мен өткізгіштігі екі электр зарядының кеңістіктегі байланыс күші вакуумдағы бірдей көрсеткіштен қанша есе аз екенін анықтайды.
Басқа газдардың көпшілігінің стандартты жағдайларда салыстырмалы ауаға сезімталдығы мен өткізгіштігі бірлікке жақын (кішігірім жазықтыққа байланысты). Ферроэлектриктердегі салыстырмалы диэлектриктік қабылдағыштық пен өткізгіштік заттың абсолютті өткізгіштігі мен қабылдағыштығы, сондай-ақ олардың арасындағы тең тангенциалдық беріктік құраушылары бар диэлектрик жұбының бөліну бетінде ондаған және жүздеген мың болады.
Көптеген практикалық жағдайлардың ішінде токтың металл денеден қоршаған әлемге ауысуымен кездесу бар, ал соңғысының меншікті өткізгіштігі осы дененің өткізгіштігінен бірнеше есе аз. Ұқсас жағдайлар, мысалы, жерге көмілген металл электродтар арқылы токтың өтуі кезінде болуы мүмкін. Көбінесе болат электродтар қолданылады. Егер тапсырма шынының диэлектрлік сезімталдығын анықтау болса, онда тапсырма бұл заттың ионды-релаксациялық қасиетіне ие болғандықтан біршама қиындатады, соның салдарынан азкешігу.
Сыртқы өріс болған кезде өткізгіштігі әртүрлі жұп диэлектриктердің шекарасында поляризация зарядтары әртүрлі беттік тығыздықтағы әртүрлі индекстермен пайда болады. Диэлектриктен екіншісіне өту кезінде өріс сызығының сынуының жаңа шарты осылайша алынады.
Ток сызықтары жағдайындағы сыну заңын оның түріндегі екі диэлектриктің электростатикалық өрістегі орын ауыстыру сызықтарының сыну заңына ұқсас деп санауға болады.
Айналадағы әлемнің әрбір денесі мен заты белгілі бір электрлік қасиеттерге ие. Мұның себебі молекулалық және атомдық құрылымда жатыр - өзара байланысқан немесе бос күйдегі зарядталған бөлшектердің болуы.
Егер затқа сыртқы өріс әсер етпесе, онда мұндай бөліктер бір-бірін теңестіре отырып, жалпы жалпы көлемде, қосымша электр өрістерін жасамай орналасады. Егер сырттан электр энергиясы қолданылса, бар молекулалар мен атомдар ішінде зарядтардың қайта бөлінуі пайда болады, бұл оның сыртқа бағытталған ішкі өрісінің пайда болуына әкеледі.
Қолданылатын сыртқы өрісті E0 және ішкі E' ретінде белгілегенде, бүкіл E өрісі осы мәндердің қосындысы болады.
Электрдегі барлық заттар әдетте келесіге бөлінеді:
- өткізгіштер;
- диэлектриктер.
Бұл классификация бұрыннан бар, бірақ мүлдем дәл емес, өйткені ғылым бұрыннан жаңа немесе біріктірілген денелерді ашқан.зат қасиеттері.
Өткізгіштер
Өткізгіш заттар ретінде бос зарядтар бар орта болуы мүмкін. Металдар көбінесе мұндай заттар болып саналады, өйткені олардың құрылымы заттың бүкіл қуысында қозғала алатын бос электрондардың тұрақты болуын білдіреді. Ортаның диэлектрлік сезімталдығы термиялық процеске қатысушы болуға мүмкіндік береді
Егер өткізгіш сыртқы электр өрісінің әсерінен оқшауланса, онда оның ішінде оң және теріс зарядтар арасында тепе-теңдік пайда болады. Бұл күй электр өрісінде зарядталған бөлшектерді энергиясымен қайта бөлетін және сыртқы бетінде оң және теріс мәндері бар теңгерілмеген зарядтардың пайда болуын тудыратын өткізгіш пайда болғанда бірден жоғалады
Бұл құбылыс электростатикалық индукция деп аталады. Оның әсерінен металдың бетінде пайда болған зарядтар индукциялық зарядтар деп аталады.
Өткізгіште пайда болған индуктивті зарядтар өткізгіш ішіндегі сыртқы өрістің әсерін өтейтін өз өрісін жасайды. Осыған байланысты жалпы электростатикалық өрістің көрсеткіші өтеледі және 0-ге тең болады. Әрбір нүктенің ішіндегі және сыртындағы потенциалдар тең.
Бұл нәтиже өткізгіштің ішінде (тіпті сыртқы өріс қосылған болса да) потенциалдар айырмашылығы және электростатикалық өріс жоқ екенін көрсетеді. Бұл факт қолдануға байланысты экрандауда қолданыладыөрістерге, әсіресе жоғары дәлдікті өлшеу құралдары мен микропроцессорлық технологияға сезімтал адамдарды және электр жабдығын электро-оптикалық қорғау әдісі.
Өткізгіштік пен сезімталдық арасында да байланыс бар. Дегенмен, оны формула арқылы көрсетуге болады. Сонымен, диэлектрлік өтімділік пен диэлектрлік сезімталдық арасындағы қатынас келесі белгілерге ие: e=1+X.
ESD принципі
Экранның көмегімен электр өткізгіш қасиеттері бар материалдардан жасалған киімдер мен аяқ киімдер, соның ішінде бас киімдер энергетика саласында жоғары вольтты құрылғылар тудырған жоғары кернеу жағдайында жұмыс істейтін персоналдың қауіпсіздігі үшін пайдаланылады. Электростатикалық өріс өткізгіштің ішіне енбейді, өйткені өткізгіш электр өрісіне енгізілген кезде ол бос зарядтардың қозғалысына байланысты пайда болатын өріспен өтеледі.
Диэлектриктер
Бұл атау оқшаулау қасиеттері бар заттарға жатады. Оларда бос емес, тек өзара байланысқан алымдар бар. Олардағы әрбір оң бөлшек еркін қозғалыссыз жалпы бейтарап заряды бар атомның ішіндегі теріс бөлшекпен байланысады. Олар диэлектриктердің ішінен таралады және сыртқы өрістердің әсерінен өз орнын өзгерте алмайды. Сонымен бірге, заттың диэлектрлік сезімталдығы және одан туындайтын энергия әлі де заттың құрылымында белгілі бір өзгерістерге әкеледі. Атом мен молекуланың ішінен қатынас өзгередібөлшектің оң және теріс зарядтары және қосымша теңгерілмеген өзара байланысқан зарядтар заттың бетінде пайда болып, ішкі электр өрісін тудырады. Ол сырттан берілген кернеуге бағытталған.
Бұл құбылыс диэлектрлік поляризация деп аталады. Оны сыртқы энергияның әсерінен пайда болатын, бірақ ішкі өрістің қарсы әсерінен әлсіреген электр өрісінің заттың ішінен пайда болуымен сипаттауға болады.
Поляризация түрлері
Диэлектриктердің ішінде оны екі түрде көрсетуге болады:
- бағдар;
- электрондық.
Бірінші түрдің де қосымша атауы бар - дипольдік поляризация. Бұл қасиет орталықтары оң және теріс зарядта ығысқан диэлектриктерге тән, олар шағын дипольдерден молекулалар жасайды - зарядтар жұбының бейтарап комбинациясы. Бұл құбылыс сұйық, күкіртсутек, тасымалданатын азотқа тән.
Бұл заттардағы сыртқы электр өрісінің әсерінсіз молекулалық дипольдер диэлектриктің сыртында электр заряды пайда болмаған кезде температураның бар өзгерістерінің әсерінен кездейсоқ бағытталады.
Бұл сурет дипольдар бағдарын көп өзгертпегенде және бетінде өтелмеген макроскопиялық байланысқан зарядтар пайда болып, сырттан берілген өріске қарама-қарсы бағытта өрісті тудырған кезде, сырттан берілген энергияның әсерінен өзгереді.
Электрондық поляризация, серпімдімеханизм
Бұл құбылыс полярлы емес диэлектриктер – молекулалары дипольдік моменті жоқ, сыртқы өрістің әсерінен тек оң зарядтар бағытталатындай деформацияланатын басқа типтегі материалдарда кездеседі. сыртқы өріс векторының бағыты, ал теріс зарядтар - қарама-қарсы бағытта.
Нәтижесінде әрбір молекула қолданылатын сыртқы өрістің осі бойымен бағдарланған электрлік диполь ретінде қызмет етеді. Сол сияқты сыртқы бетінде қарама-қарсы бағыттағы меншікті өріс пайда болады.
Полярсыз диэлектриктің поляризациясы
Бұл заттар үшін сырттағы өріс әсерінен молекулалардың өзгеруі және кейінгі поляризациясы олардың температура әсерінен қозғалысына байланысты емес. Метан CH4 полярлы емес диэлектрик ретінде пайдаланылуы мүмкін. Екі диэлектрик үшін де ішкі өрістің сандық көрсеткіштері бастапқыда сыртқы өрістің өзгеруіне пропорционалды түрде өзгереді, ал қанығудан кейін сызықты емес түрдегі әсерлер пайда болады. Олар әрбір молекулалық диполь полярлы диэлектриктердің жанында күш сызықтары бойымен тізілгенде немесе сырттан берілген энергияның үлкен мөлшерінен атомдар мен молекулалардың күшті деформациясынан туындаған полярлық емес заттардың өзгеруі кезінде пайда болады. Практикалық жағдайларда бұл өте сирек болады.
Диэлектрлік тұрақты
Оқшаулағыш материалдардың ішінде электрлік көрсеткіштерге және диэлектрлік өтімділік сияқты сипаттамаға маңызды рөл беріледі. Екеуі екі түрлі сипаттама бойынша бағаланады:
- абсолюттік мән;
- салыстырмалы көрсеткіш.
Заттың абсолютті өткізгіштігі термині Кулон заңының математикалық белгісін білдіреді. Оның көмегімен индукция векторы мен қарқындылық арасындағы байланыс коэффициент түрінде сипатталады.
